基于3DMine软件的三维地质建模及储量估算

聂晓亮 刘爽 汪龙飞

摘要：21世纪是信息化的时代，同时也是数字化的时代，而三维矿山模拟正是数字矿山中的关键技术。本文分析和研究了三维矿山模型的基本原理与方法，借助3Dmine软件，以广西西林县马蒿锑矿山的地质资料为基础，建立三维地质模型，并利用普通克里格法对矿山进行资源储量估算，结果显示：马蒿锑矿山通过普通克里格法估值的资源储量与传统地质块段法估算的资储量偏差为4.72%，误差较小，3Dmine软件可以实现资源储量三维可视化及矿山基础数据的精准、集约化管理。

关键词：3Dmine；三维地质建模；储量估算

1.引言

随着计算机技术的日新月异，三维GIS技术和数据库技术的迅速发展和日渐成熟[1]，数字矿山已成为近年来矿山研究的热点和重点[2]。数字矿山的建设已从传统的以平面图和剖面图为主的二维地质信息的模拟与表达逐步向三维地质建模及可视化方向飞速发展[3]。本文通过3Dmine软件对广西西林县马蒿矿山三维地质建模及资源储量估算，以实现马蒿锑矿山的资源储量三维可视化，矿山数据的精确处理及高效管理，为矿山的开发生产提供参考。

2.矿山地质概况

2.1区域地质

马蒿锑矿大地构造位置位于右江盆地中部（图1）。矿区区域上主要由凌云孤台、凤山孤台及深水槽盆组成，可明显地划分为台内、台缘、台盆三个沉积岩相区。其中台地上为一套灰、浅灰为主的碳酸盐岩沉积，层位有泥盆系融县组，石炭系尧云岭组、都安组、大埔组、黄龙组，二叠系马平组、栖霞组、茅口组、合山组，三叠系逻楼组、板纳组。台地边缘以一套层理不清的“二叠纪海绵礁灰岩”，与盆地多呈断层接触或陡崖式沉积不整合接触。盆区主要为一套深灰绿色浊流沉积，层位有二叠系领好组、三叠系石炮组、百逢组、兰木组，目前马蒿锑矿矿体主要产出于板纳组中下段。区域上断层纵横交错，有环台边界断裂，北东向、北西向和近南北向断层等，断层普遍具硅化蚀变，局部具黄（褐）铁矿化及高岭石化，与热液型矿床关系密切。

2.2矿床地质

矿区出露地层主要为中三叠统板纳组和中三叠统兰木组。出露地层总厚985.63m，其中板纳组厚793.33m，兰木组厚192.30m。从新到老：兰木组T2l，出露于矿区西部（I矿段大部地段）及矿区外围。出露总厚度192.30m；板纳组T2b，出露于矿区中—东部，出露总厚度793.33m。已发现的锑工业矿体均产在该层第二段第七层与第八层之间。矿区构造位于区域性的NWW向构造带上的马蒿—新寨背斜西端的马蒿—文洞村一带，按方向分为北西西—东西向、北东向、北西向及近南北向。其中，以北西西—东西向断裂最为发育，其次为北东向断裂，该两组断裂为矿区Ⅰ矿段主要的导矿断裂，北西向及近南北向断裂为成矿期后断裂，对锑、金矿体起破坏作用。区内褶皱发育，马蒿—新寨背斜：位于矿区的西部，为矿区的主干褶皱构造，长约5km，宽约1.5km。轴向东西向，倾向北。北翼倾角较缓，一般20°～60°，南翼倾角较陡，一般40°～80°。局部有倒转和次级褶皱。在隆起部位发育几个次级褶皱：即那外村东次级背斜、为良沟西次级背斜、文洞村北次级背斜。那外村东次级背斜：位于那外村以东1.5km～3km。轴部地层为板纳组一段一分层，走向285°～292°，倾角56°～70°；北翼为纳板组一段二分层—五分层，走向255°～282°，倾角24°～28°。那外村东次级背斜西翼的次次级向斜：为矿区Ⅰ矿段主要赋矿褶皱。轴向300°，倾向北东，倾角50°。两翼不对称；南西翼自轴部向西从缓变陡；北东翼自轴部向东则由陡变缓。向南东方向倾没，北西端仰起撒开后被断层破坏。由于区域构造应力的作用，加强了褶皱，造成了板纳组二段的脆性岩石和三段的塑性岩石的过渡地带发生虚脱，形成了层间挤压破碎带，为辉锑矿的赋存提供了良好的赋矿空间。矿区Ⅰ矿段的辉锑矿体、金矿体全部赋存在该次次级向斜轴部和相邻的次次级背斜的共同翼上。

2.3矿体特征

目前矿区探明矿体主要为I号矿体（图2），其他为零星矿体。I号矿体位于断层F4以东、F17以北、F40以南，矿化面积约0.10km2。该矿体位于层间挤压剥离破碎带，地表露头带长约500m，往下延伸约300m～400m。其产状与顶板、底板围岩产状相近似，总体倾向北西、南西，以此倾向自露头带往西延伸至F4被错断、往北至F40被错断。

锑矿石的结构构造按自然类型分为：块状矿石、角砾状矿石、脉状矿石。主要矿物为石英、辉锑矿；次要矿物为方解石、毒砂、绢云母、碳质、泥质、黄铁矿；次生矿物为锑华、黄锑矿、方锑矿；蚀变矿物有石英、铁白云石、绢云母、绿泥石、黄铁矿、毒砂、方解石、碳质等。根据现有资料和前人研究结果，马蒿锑矿矿床成因类型为：中低温混合热液滲滤交代—充填型。

3.三维地质建模

3.1地形遥感数据

传统上，通常是用等高线来表示地球表面高低起伏的状态。等高线是地表面上高程值相等的各相邻点所连成的闭合曲线，也可以说是同一高度的水平面与地面相截形成的截面曲线，在水平面上的投影。用等高线表示的数字高程模型的数学意义是定义在二维地理空间上的连续曲面函数。当此高程模型在计算机上表达时，被称为数字高程模型。目前，实际工作过程中，地形高程数据的来源方式主要包括影像资料和野外地形测量。3Dmine软件实现了与平台的数据交换，利用导入功能导入等高线数据，再经过等高线属性赋值（把高程属性赋到坐标值中），这样，等高线模型（DTM）就可以进行三维显示（图3）。生成地表之后，为了使生成的物体更具有真实感，就需要采集景物表面的纹理细节。二维纹理映射可以很好地结合表现其地形地物特征。同时遥感影像具有大面积、多时态等特征，并能够表现丰富的地表地物特征。所以，基于地形建模过程中，常采用遥感影像作为其纹理库（图4）。

3.2地质数据库建立

地质数据库的建立是矿山地质三维建模的第一步。在准确、充分采集和整理各类地质资料的基础上，通过Excel表导入到3Dmine软件中，建立相关Access地质数据库。地质数据库的组成部分有：钻探、槽探、硐探编录资料、勘探线剖面、遥感资料、化探数据及各类化验结果数据等。3Dmine软件自带各类Excel导入表。

3.3矿体的圈定及三维建模

矿体的圈定即为实体模型的创建。通过详细对比研究前人的实体模型创建经验[4-7]，根据现有的各类地质资料，以相应的地质勘查规范为准绳，结合右江型锑矿的成矿模式及地质规律对矿体进行圈定。三维建模的主要流程为：数据库导入→剖面矿体圈定→剖面间三角网连接→生成实体模型→根据地质信息优化实体模型。马蒿锑矿三维实体模型见图5。

4.资源储量估算

4.1块体模型的建立

创建储量估算块体模型，根据矿体产状、形态，按照一定的尺寸划分克里格块段，利用矿体实体模型约束，得到位于矿体内部或部分位于矿体内部的克里格块（图6），对每个克里格块段赋属性信息（名称、体重、品位、编号等）（图7），为了快速查询定位子块位置，数据采用八叉树数据结构进行存储[8-9]。

4.2估值方法及結果

本次采用普通克里格法估算马蒿矿山的资源储量，该方法的优点为精度较高，线性平稳，假定区域化变量满足二阶平稳假设、内蕴假设或准二阶平稳假设和准内蕴假设。利用3Dmine软件首先提取块体约束信息，在软件的地质统计模块中进行地质信息的变异函数分析，添加搜索椭球体及地质数据库信息，然后选择块体进行普通克里格估值，生成3Dmine块体模型报告。最终，马蒿锑矿山通过普通克里格法估值的资源储量与传统地质块段法估算的资源储量偏差为4.72%，与传统地质块段法估算的结果相差较小。

5.结论

通过3Dmine软件可以实现三维地质建模，能够快速有效地实现资源形态可视化，并对数据实行精准、高效的管理，通过普通克里格法估算的资源储量结果与传统的地质块段法相比较，误差较小，具备实际使用价值，可以有效地提高矿山探矿工作的效率。

参考文献：

[1]张宝一，尚建嘎，吴鸿敏，等.三维地质建模及可视化技术在固体矿产储量估算中的应用[J].地质与勘探， 2007， 43（2）： 76-81.

[2]张凯选，李鹏，杨金光.煤矿地质模型的建立与应用[J].微计算机信息， 2012， 28（8）： 11-13.

[3]向中林，王妍，王润怀，等.基于钻孔数据的矿山三维地质建模及可视化过程研究[J].地质与勘探， 2009， 45（1）： 75-81.

[4]孙璐，戴晓江.建立矿山三维模型中3Dmine矿业软件的应用[J].中国非金属矿工业导刊，2011（1）： 60-62.

[5]陈竞文，吴仲雄，陈德炎. 3DMine矿业工程软件在构建五圩矿三维可视化模型中的应用[J].现代矿业， 2012（1）： 4-7.

[6]张思科.基于Micromine的三维矿体建模及资源储量估算研究[D].北京：中国地质大学（北京）， 2010.

[7]刘亭，朱来东，王永智.小铁山矿三维数字化模型的建立与应用[J].采矿技术， 2012， 12（1）： 8-19.

[8]胡建明.三维矿山数字化软件的应用和发展方向[J].金属矿山， 2008（1）： 97-99.

[9]马洪滨，熊俊楠.基于地质统计学的储量估算系统[J].煤炭学报， 2007， 32（3）： 267-271.